CN110438376A - 一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金 - Google Patents

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聂祚仁
文胜平
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Abstract

一种Yb微合金化的Al‑Mg‑Li合金，属于合金材料技术领域。合金各组分含量按质量百分比为：Mg：2.70～2.80％，Li：0.90％～1.55％，Yb：0％～0.17％，不可避免杂质含量<0.1％,余量为Al。能获得良好的强化效果且兼具经济性的优选成分范围为Mg：2.70～2.80，Li：1.10％～1.35％，Yb：0.13％～0.17％。通过微量Yb的添加促进Al‑Mg‑Li合金中Al3Li相的弥散析出，明显提高合金的强化效果，使得较低Li含量的合金在时效过程中也产生明显的强化效果，并且合金的成本较低，保持较高的性价比，具有生产经济性。

Description

一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金
技术领域
本发明涉及一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，属于合金材料技术领域。
背景技术
铝锂合金在航空航天领域有非常广阔的应用，由于其低密度、高弹性模量、高比强度和疲劳性能优良等特点，使得铝锂合金有非常好的发展和应用前景。由于铝锂合金属于可热处理强化合金，在热处理过程中弥散析出的具有了L12结构的AL3Li亚稳相，其具有非常明显的强化作用。由于Li在铝中的最大固溶度为4.2wt.％,时效过程中可以析出较大体积分数的Al3Li相，使得合金的强度明显提高。
虽然提高Li的含量，可以增加AL3Li相的析出体积分数，但是同时也会带来一些其他问题。由于Li元素化学性质比较活泼，会吸附大量的氢元素，造成合金的氢脆，提高Li的含量也会引起生产成本的提高，此外大量的Al3Li相析出造成的共面滑移也会对合金塑韧性有不利影响。如果降低Li的含量至1.5wt.％，由于Al3Li相是亚稳相，析出驱动力不足，析出困难。
综上，对AL-Li合金进一步的合金化显得尤为重要。Mg作为合金元素加入到Al-Li合金中，不仅可以产生明显的固溶强化作用，而且产生的Al2MgLi相也可以减缓共面滑移。前苏联的开发的Al-Mg-Li系列的1420合金是密度最低的铝锂合金，广泛地应用于航空航天领域，此后科研人员在Al-Mg-Li合金的基础上还加入了Sc元素，进一步提高了合金的性能，但由于Sc元素价格昂贵，原因限制了Sc在工业上的广泛应用，而Yb、Er与Sc元素具有类似的性质，都可以析出稳定的具有L12结构的Al3M相，提高合金的强化效果，但Yb元素具有更高的形核率和扩散速率，且Yb元素价格较为便宜，仅为Sc元素的三十分之一。所以本发明将Mg、Li、Yb元素进行复合添加，以期获得一种成本较低且具有良好时效强化效果的合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，该合金的生产成本较低且可以产生良好的时效强化效果。
本发明提供一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，合金中Mg、Li和Yb按质量百分比为Mg：2.70～2.80％，Li：0.90％～1.55％，Yb：0％～0.17％且不为0，不可避免杂质含量<0.1％，余量为Al。
优选Li、Yb成分范围分别为Mg：2.70～2.80，Li：1.10％～1.35％，Yb：0.13％～0.17％时，可满足合金具有良好的时效强化效果且兼具经济性。
本发明技术方案的优点在于：
采用本发明的一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，合金经过固溶处理后，相应的温度80℃～120℃下单级时效0.25～240h，具有时效强化效果；并且相比于Al-Mg-Li合金，Yb在Li含量相对较低的情况下促进强化Al3Li相析出，Al-Mg-Li-Yb合金能够产生更良好的时效强化效果。采用本发明合金成分的技术方案在使得合金能够产生良好的时效强化效果的同时兼具生产经济性。
附图说明
图1为Al-2.80Mg-0.98Li、Al-2.80Mg-0.90Li-0.15Yb合金在80℃时效过程中显微硬度随时效时间变化曲线；
图2为Al-2.76Mg-1.10Li、Al-2.80Mg-1.10Li-0.15Yb合金在80℃时效过程中显微硬度随时效时间变化曲线；
图3为Al-2.78Mg-1.30Li、Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在120℃时效过程中显微硬度随时效时间变化曲线；
图4为Al-2.76Mg-1.55Li、Al-2.76Mg-1.53Li-0.15Yb合金在120℃时效过程中显微硬度随时效时间变化曲线；
图5为实施例对应的Al-Mg-Li合金添加元素Yb后硬度提升的变化曲线。
图6为实施例对应的Al-Mg-Li与Al-Mg-Li-Yb合金单位硬度提升所需的合金成本的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。
Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，合金中Mg、Li和Yb按质量百分比为Mg：2.70～2.80，Li：0.90％～1.55％，Yb：0％～0.17％且不为0，不可避免杂质含量<0.1％，合金在80℃～120℃下单级时效0.25-240h。
实施例1
以含有Mg、Li、Yb成分质量百分比分别为Mg：2.75±0.05，Li：1.10±0.05，Yb：0.15±0.02，余量为Al的Al-Mg-Li-Yb合金及相同Li含量的Al-Mg-Li合金为例。该成分合金优选在80℃时效，由图2和图5的硬度曲线可知Al-Mg-Li-Yb在80℃下时效240h，合金硬度可达到87Hv，而Al-Mg-Li合金硬度与相比固溶态相比没有明显变化，由于Yb促进了Al3Li相的析出，因此Al-Mg-Li-Yb合金硬度有了明显提高，约比Al-Mg-Li合金硬度高26Hv。由图6可知，从合金成本与时效后合金硬度提高值的比值来看，即提升单位硬度所需合金成本，其Al-Mg-Li-Yb合金的单位硬度提升所需合金成本大幅降低，约为Al-Mg-Li合金的8％，性价比大幅提高。
实施例2
以含有Mg、Li、Yb成分质量百分比分别为Mg：2.75±0.05，Li：1.35±0.05，Yb：0.15±0.02，余量为Al的Al-Mg-Li-Yb合金及相同Li含量的Al-Mg-Li合金为例。该成分合金优选在120℃时效，由图3和图5硬度曲线可知，时效初期，由于Yb对Al3Li相析出的促进作用，Al-Mg-Li-Yb合金的硬度明显高于Al-Mg-Li合金的硬度。Al-Mg-Li-Yb在120℃下时效192h，合金硬度可达到102Hv，而Al-Mg-Li合金时效240h后，硬度约为86Hv，Al-Mg-Li-Yb合金硬度约比Al-Mg-Li合金硬度高16Hv。由图6可知，相比于Al-Mg-Li合金，Al-Mg-Li-Yb合金的单位硬度提升所需合金成本明显降低，约为其成本的67％。合金硬度得到明显提升的同时，合金的性价比也有一定提高。
实施例3
以含有Mg、Li、Yb成分质量百分比分别为Mg：2.75±0.05，Li：0.95±0.05，Yb：0.15±0.02的Al-Mg-Li-Yb合金及相同Li含量Al-Mg-Li为合金例。该合金优选80℃时效。由图1和图5可知在80℃下时效，由于Al3Li相的析出驱动力太低，Al3Li相没有明显析出，相比于Al-Mg-Li合金硬度，Al-Mg-Li-Yb合金硬度也没有明显提高。由图6可知，相比Al-Mg-Li合金，Al-Mg-Li-Yb合金的单位硬度提升所需合金成本较低，但合金硬度没有明显提升。
实施例4
以含有Mg、Li、Yb成分质量百分比分别为Mg：2.75±0.05，Li：1.55±0.05，Yb：0.15±0.02的Al-Mg-Li-Yb合金及相同Li含量Al-Mg-Li为合金例。该合金优选在120℃时效。由图4和图5可知在120℃下时效240h，Al3Li相弥散析出，合金的硬度都得到明显提升，Al-Mg-Li-Yb合金硬度仅仅比Al-Mg-Li合金硬度高2Hv左右，这是由于在Li含量较高的情况下，由于Al3Li相的析出驱动力足够大，不需Yb的促进作用，Al3Li相亦可大量析出，使合金得到强化。由图6可知，相比Al-Mg-Li合金，Al-Mg-Li-Yb合金的单位硬度提升所需合金成本没有明显降低，添加合金元素Yb后，性价比并没有得到提高。
综合以上分析，本发明提供的一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，能够得到良好的时效强化效果且兼具经济性，成分按质量百分比为Mg：2.70～2.80，Li：1.10％～1.35％，Yb：0.13％～0.17％，不可避免杂质含量<0.1％，余量为Al。

Claims (3)

1.一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，其特征在于，合金中Mg、Li、Yb按质量百分比为Mg：2.70～2.80％，Li：0.90％～1.55％，Yb：0％～0.17％且不为0，不可避免杂质含量<0.1％，余量为Al。
2.按照权利要求1所述的一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，其特征在于，Mg、Li、Yb成分范围分别为Mg：2.70～2.80，Li：1.10％～1.35％，Yb：0.13％～0.17％。
3.按照权利要求1或2所述的一种Yb微合金化的Al-Mg-Li合金，其特征在于，在合金得到明显强化的同时，合金的成本较低，性价比较高。
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